Los científicos continúan impulsando la eficiencia de los paneles solares cada vez más, y hay un nuevo récord que informar: una nueva celda solar ha alcanzado una eficiencia del 39,5 por ciento en las condiciones de iluminación global estándar de 1 sol.
Ese marcador de 1 sol es simplemente una forma estandarizada de medir una cantidad fija de luz solar, y casi el 40 por ciento de esa radiación ahora se puede convertir en electricidad. El récord anterior para este tipo de material de panel solar fue de 39,2 por ciento de eficiencia.
Hay más tipos de células solares de los que podría haber imaginado. El tipo utilizado aquí, las células solares en tándem de triple unión III-V, a menudo se implementan en satélites y vehículos espaciales, aunque también tienen mucho potencial aquí en tierra firme.
“La nueva celda es más eficiente y tiene un diseño más simple que puede ser útil para una variedad de nuevas aplicaciones, como aplicaciones de área altamente restringida o aplicaciones espaciales de baja radiación”. dice el físico Myles Steinerdel Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) en Colorado.
La parte de la ecuación de la ‘unión triple’ es importante en términos de la eficiencia de la celda solar. Cada unión se concentra en una parte particular del rango del espectro solar, lo que significa que se pierde menos luz y se deja sin usar.
Se lograron mayores ganancias de eficiencia mediante el uso de las denominadas tecnologías de “pozo cuántico”. La física detrás de ellos es bastante compleja, pero la idea general es que los materiales se eligen y optimizan cuidadosamente, y se hacen lo más delgados posible. Esto afecta el banda prohibidala cantidad mínima de energía requerida para excitar electrones y hacer que fluya la corriente.
En este caso, las tres uniones están formadas por fosfuro de galio indio (GaInP), arseniuro de galio (GaAs) con algunas eficiencias adicionales de pozo cuántico añadidas y arseniuro de galio indio (GaInAs).
“Un elemento clave es que, si bien el GaAs es un material excelente y generalmente se usa en celdas de unión múltiple III-V, no tiene la banda prohibida correcta para una celda de tres uniones, lo que significa que el equilibrio de fotocorrientes entre las tres celdas no es óptimo ,” dice el físico Ryan France del NREL.
“Aquí, hemos modificado la banda prohibida mientras mantenemos una excelente calidad del material mediante el uso de pozos cuánticos, lo que permite este dispositivo y potencialmente otras aplicaciones”.
Algunas de las mejoras añadidas en esta última celda incluyen un aumento en la cantidad de luz absorbida sin la correspondiente pérdida de voltaje. También se realizaron varios otros ajustes técnicos para minimizar las limitaciones.
Es la eficiencia de 1 sol más alta de cualquier celda de panel solar jamás registrada, aunque hemos visto más alta con una radiación solar más intensa. Si bien lleva tiempo que las tecnologías pasen del laboratorio a los productos reales, las mejoras potenciales son emocionantes.
Las células también registraron una impresionante eficiencia espacial del 34,2 por ciento, que es lo que deberían lograr cuando se pongan en órbita. Su peso y resistencia a partículas de alta energía los hacen especialmente adecuados para esta tarea.
“Dado que estas son las celdas solares de 1 sol de mayor eficiencia a partir de este escrito, estas celdas también establecen un nuevo estándar para la eficiencia alcanzable en todas las tecnologías fotovoltaicas”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
La investigación ha sido publicada en Joule.